2019-2020学年高中物理能力导练四实验：研究平抛运动含解析 人教版必修2

2019-2020学年高中物理能力导练四实验：研究平抛运动含解析 人教版必修2

能力导练四　实验：研究平抛运动 基础巩固 ‎1．(多选)关于“研究平抛运动”的实验，下列说法正确的是(　　)‎ A．每次实验小球必须由静止释放 B．斜槽必须光滑，末端必须水平 C．所用小球的半径越大，实验测得的初速度越准确 D．小球运动时不应与木板上的白纸相接触 解析：A.每次小球从斜槽的同一位置由静止释放，保证平抛运动的初速度相同，故A正确；B.斜槽不一定需要光滑，只要由静止从同一位置释放即可，末端必须水平，保证小球的初速度水平，故B错误；C.小球的半径越小，实验测得的初速度越精确，故C错误；D.小球运动时不应与木板上白纸接触，防止摩擦而改变运动的轨迹，故D正确．‎ 答案：AD ‎2．某物理实验小组利用如图1所示装置测量小球做平抛运动的初速度．在地面上沿抛出的速度方向水平放置一把刻度尺，让悬挂在抛出点处的重锤的投影落在刻度尺的零刻度线上，则利用小球在刻度尺上的落点位置，就可以直观地得到小球做平抛运动的初速度．下列各图表示四位同学在刻度尺旁边分别制作出的速度标尺(图中P点为重锤的投影位置)，其中可能正确的是(　　)‎ 11‎ 图1‎ 解析：设小球做平抛运动的竖直高度为h，由h＝gt2，得t＝ ；在水平方向有x＝v0t，即平抛运动的水平位移x＝v0 ，可见x与v0成正比，在速度标尺上的速度值应该是均匀分布的，选项A正确．‎ 答案：A ‎3．在做“研究平抛物体的运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图2所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于槽口附近处，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A；将木板向远离槽口方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B；将木板再向远离槽口方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，得到痕迹C.若测得木板每次移动距离x＝10.00 cm，A、B间距离y1＝4.78 cm，B、C间距离y2＝14.58 cm.(g取9.80 m/s2)‎ 图2‎ 11‎ ‎(1)根据以上直接测量的物理量得小球初速度为v0＝______________(用题中所给字母表示)．‎ ‎(2)小球初速度的测量值为________m/s.‎ 解析：(1)由题意可知，小球运动过程中从A点运动到B点与从B点运动到C点所用时间相等，而小球在竖直方向上做自由落体运动，故有y2－y1＝gT2，故小球的初速度v0＝＝x.(2)将已知量代入可得v0＝1.0 m/s.‎ 答案：(1)x　(2)1.0‎ ‎4．如图3所示，有两个处于同一竖直面上的相同轨道，A、B两个相同小球从离出口处相同高度的地方同时由静止开始释放，假设小球经过斜面与水平轨道连接处无能量损失，所有的接触面都是光滑的．离开轨道后A球做平抛运动，B球做匀速直线运动．则：‎ 图3‎ ‎(1)A、B两球________(选填“在”或“不在”)A球第一次落地点处相碰．‎ ‎(2)如果多次观察到同样的现象，你可以得出的结论是：______________________________；‎ ‎(3)若要算出A球平抛运动的初速度，则还需要测量的物理量是：________________________，计算初速度的表达式为______________________(重力加速度g已知，用需测量的物理量表示)‎ 解析：(1)A、B两球从离出口处相同高度同时由静止释放，到达斜槽底端的速度相同，因为平抛物体在水平方向上做匀速直线运动，所以在相同时间内水平位移相等，两球将在水平地面上的某处相遇．(2)如果多次观察到同样的现象，又因离开轨道后A球做平抛运动，‎ 11‎ 而B球做匀速直线运动，可知平抛物体在水平方向上做匀速直线运动．(3)根据平抛运动的规律，则有h＝gt2，x＝v0t，解得：v0＝x，由此可知还需要测量的物理量是两轨道出口间的高度差h，两球相碰处与下面轨道出口的距离x.‎ 答案：(1)在　(2)平抛运动在水平方向的分运动为匀速直线运动 ‎(3)两轨道出口间的高度差h，两球相碰处到下轨道出口的距离x　v0＝x ‎5．在研究平抛运动的实验中：‎ ‎(1)实验所需要的测量工具是______________．‎ ‎(2)完成该实验应注意：安装斜槽轨道必须使轨道底部________；确定竖直方向必须利用________；从斜槽上使小球重复下落必须使小球从________(填“相同”或“不同”)的位置无初速释放．‎ 图4‎ ‎(3)一同学做验证平抛运动规律实验时，只在白纸上画出与初速度平行的Ox轴，忘了画原点和Oy轴，并且他只画出一部分轨迹如图4所示．如何只用一把刻度尺得出小球的初速度v0？(不需测实际数据，用物理量的符号代表所测量的值．)‎ ‎①测量方法是(简要回答)：_______________________________.‎ ‎②初速度的计算式为_________________________________．‎ 解析：(3)因为平抛运动水平为匀速直线运动，取相同水平位移则表示时间相同，竖直方向为匀变速直线运动，有Δy＝gT2，即y2－y1＝gT2，s＝v0T，联立得：v0＝s.‎ 答案：(1)刻度尺　(2)水平；重锤线；相同 11‎ ‎(3)①在曲线上取三个点1、2、3，令相邻两点的水平距离相等，测得距离为s，再测得相邻两点的竖直距离y1和y2‎ ‎②v0＝s 综合应用 ‎6．如图5，粗糙的斜槽固定在水平桌面上，斜槽末端与水平桌面平滑连接．小球从斜槽上A点滚下，经桌面末端B点水平抛出，落在地面上的C点，不计空气阻力，重力加速度为g.下列说法正确的是 (　　)‎ 图5‎ A．若仅测出AB间的竖直高度，可求出小球经过B点时的速度 B．若仅测出BC间的距离，可求出小球经过B点时的速度 C．若仅测出BC间的水平距离，可求出小球做平抛运动的时间 D．若仅测出BC间的竖直高度，可求出小球做平抛运动的时间 解析：斜槽粗糙，仅测出AB间的竖直高度，无法确定B点的速度，A选项错误；小球离开B点后做平抛运动，根据公式h＝gt2只能计算出小球做平抛的运动时间，不能求出小球经过B点的速度，B选项错误，D选项正确；根据已知，仅测出BC间的水平距离，由于水平速度未知，故不能测出小球做平抛运动的时间，C选项错误．‎ 答案：D ‎7.‎ 11‎ 试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度的实验方法．提供的实验器材有：弹射器(含弹丸，见图6)；铁架台(带有铁夹)；米尺．‎ 图6‎ ‎(1)画出实验示意图．‎ ‎(2)在安装弹射器时应注意________．‎ ‎(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)________．‎ ‎(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是________．‎ ‎(5)计算公式________．‎ 解析：平抛运动弹射器必须保持水平，测量下落高度y及水平射程，有＝v0t，y＝gt2，则v0＝.‎ 答案：(1)实验示意图如图7所示．‎ 图7‎ ‎(2)弹射器必须保持水平 ‎(3)弹丸下降高度y和水平射程x ‎(4)在不改变高度y的条件下进行多次实验，测量水平射程x，得出平均水平射程x ‎(5)v0＝x ‎8．在用斜槽“研究平抛运动的规律”的实验中，某同学在建立坐标系时有一处失误．‎ 11‎ 他在安装实验装置和进行其余的操作时准确无误：(1)观察图8可知，他的失误之处是____________________．‎ 图8‎ ‎(2)他根据记录建立坐标系，运用教材实验原理测得的平抛初速度值与真实值相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)．‎ 解析：(1)坐标系原点应建在槽口正上方r(r为小球半径)处，而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处．‎ 图9‎ ‎(2)如图9所示，正确的坐标系横轴应为x′，原点应在O′处．‎ 在轨迹上取点P，其坐标真实值为(x′，y′)，测量值为(x，y)，其中y′>y，x′＝x.‎ 因为t测＝，t真＝，‎ 所以t测v真．‎ 答案：(1)错误地将坐标原点取在槽口处 ‎(2)偏大 ‎9．(2019年汪清六中高一期末试题)某同学在研究平抛运动的实验中，‎ 11‎ 在小方格纸上画出小球做平抛运动的轨迹后，又在轨迹上取出a、b、c、d四个点，如图10所示(轨迹已擦去)，已知小方格纸的边长L＝2.5 cm，g取10 m/s2，请你根据小方格纸上的信息，通过分析计算完成下面几个问题：‎ 图10‎ ‎(1)小球从a→b，b→c，c→d所经历的时间________ (填“相等”或“不相等”)；‎ ‎(2)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，根据小球从a→b，b→c，c→d的竖直方向位移差，求出小球从a→b，b→c，c→d所经历的时间是________；‎ ‎(3)根据水平位移，求出小球平抛运动的初速度v0＝________；‎ ‎(4)从抛出点到b点所经历的时间是________．‎ 解析：(1)平抛运动在水平方向做匀速直线运动，a→b，b→c，c→d水平位移相等，所需时间相等. (2)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，a→b，b→c竖直方向位移差Δy＝aT2＝gT2，T＝＝＝＝0.05 s. (3)水平方向x＝v0T，v0＝＝＝＝1 m/s.‎ ‎ (4)设b点竖直方向的分速度vy，则vy＝＝＝0.75 m/s，又由vy＝gt，得t＝0.075 s.‎ 答案：(1)相等　(2)0.05 s　(3)1 m/s　(4)0.075 s ‎10．如图11，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移．‎ 11‎ 图11‎ 保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变．改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中.‎ v0(m/s)‎ ‎0.741‎ ‎1.034‎ ‎1.318‎ ‎1.584‎ t(ms)‎ ‎292.7‎ ‎293.0‎ ‎292.8‎ ‎292.9‎ d(cm)‎ ‎21.7‎ ‎30.3‎ ‎38.6‎ ‎46.4‎ ‎(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关．‎ ‎(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝ s＝ s＝289.8 ms，发现理论值与测量值之差约为3 ms.经检查，实验及测量无误，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.‎ ‎(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，但二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小．对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是________________________________________________________________________．‎ 解析：(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成正比关系，与t无关．‎ 11‎ ‎(2)计算小球飞行时间的理论值t理＝＝s＝289.8 ms中，g不能取值10 m/s2，应该取值g＝9.8 m/s2，这样计算出的t＝292.8 ms.‎ ‎(3)导致偏差的原因是：水平槽口距底板高度h较大，小球飞行时受到空气阻力作用．‎ 答案：(1)正比　时间　(2)重力加速度取值不正确 ‎(3)水平槽口距底板高度h较大，小球飞行时受到空气阻力作用．‎ 探究拓展 ‎11．某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置如图12甲所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(如图甲中P0P0′、P1P1′、…)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上．实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图12乙所示．‎ 图12‎ ‎(1)实验前应对实验装置反复调节，直到__________________________．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了__________________．‎ ‎(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了____________________________．‎ 11‎ ‎(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹．‎ 解析：(1)对实验装置的反复调节的目的：①斜轨末端水平，以保证小球离开轨道时做平抛运动；②A板水平，保证B板总处于同一高度；③插槽P0P0′垂直斜轨并在斜轨末端正下方，以保证B板在P0P0′时小球的痕迹为抛出点．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保证小球每次以相同初速度做平抛运动．‎ ‎(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了使记录纸上每两点间的水平距离相等．‎ ‎(3)如图13所示．‎ 图13‎ 答案：(1)斜轨末端水平、A板水平、插槽P0P0′垂直斜轨并在斜轨末端正下方　使小球每次做平抛运动的初速度都相同 ‎(2)使记录纸上每两点之间的水平距离相等 ‎(3)如图13所示 11‎